DE102004013603B4 - Abgasreinigungssystem und Regenerationsende-Ermittlungsverfahren - Google Patents

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Abstract

Abgasreinigungssystem mit:
einem in einem Abgaskanal (4) eines Motors (2) angeordneten Oxidationskatalysator (6);
einen Luftstromdurchsatzsensor (15) zum Detektieren eines Durchsatzes von Ansaugluft
einem in dem Abgaskanal (4) an einer Position abstromseitig von dem Oxidationskatalysator (6) angeordneten Filter (8), um ein in Abgas enthaltenes Partikelmaterial zu sammeln;
einer Regenerationsstart-Ermittlungseinrichtung (26) zum Ermitteln eines Regenerationsstarts des Filters (8);
einer Regeneratoreinrichtung (38) zum Regenerieren des Filters (8);
einer Sauerstoffmassenstromdurchsatz-Detektionseinrichtung (34) zum Berechnen eines Massenstromdurchsatzes O2w von dem Filter (8) zugeführten Sauerstoff gemäß der nachstehenden Gleichung, welche die aus dem Luftstromdurchsatzsensor (15) erhaltene Massenstromrate der Ansaugluft Qaw, beinhaltet: O2w = (Qaw – q·a)·bwobei:
q eine Kraftstoffeinspritzmenge ist
a ein Äquivalenzverhältnis ist
b ein Sauerstoffmassenverhältnis ist; und
einer Regenerationsende-Ermittlungseinrichtung (32), um ein Regenerationsende des Filters (8) abhängig von Information zu ermitteln, die von der Sauerstoffmassenstromdurchsatz-Detektionseinrichtung (34) und nach Ankunft eines integrierten Wertes des Sauerstoffmassenstromdurchsatzes O2w bei...

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Abgasreinigungssystem und Regenerationsende-Ermittlungsverfahren, welche besonders zur Anwendung in einem Dieselmotor geeignet sind.
  • Bisher war eine Technik bekannt, bei welcher ein Oxidationskatalysator und ein Partikelfilter (hierin nachstehend einfach als "Filter" bezeichnet) in einem Abgaskanal eines Dieselmotors angeordnet sind, welche es ermöglichen, daß in einem Abgas enthaltenes Partikelmaterial (PM) auf dem Filter abgeschieden und das so auf dem Filter abgeschiedene PM verbrannt wird, um das Filter kontinuierlich zu regenerieren.
  • In dem wie vorstehend aufgebauten Abgasreinigungssystem wird in Abgas enthaltenes NO in dem Oxidationskatalysator oxidiert, um NO2 zu erzeugen, dann das NO2 und das PM auf dem Filter zu einer Reaktion miteinander gebracht, was eine Verbrennung des PM (Oxidation) ermöglicht, um das Filter kontinuierlich zu regenerieren. NO2 zeigt eine gute Funktion als ein Oxidationsmittel im Vergleich zu NO, was eine Oxidation des PM mit einer relativ niedrigen Aktivierungsenergie ermöglicht (d. h., eine Verbrennung des PM bei relativ niedriger Temperatur ermöglicht).
  • In einem bestimmten Betriebszustand eines Motors gibt es einen Fall, in welchem die Abgastemperatur nicht auf eine Aktivierungstemperatur des Oxidationskatalysators ansteigt, so daß NO nicht oxidiert wird, und somit keine kontinuierliche Regeneration des Filters ausgeführt wird. In einem solchen Falle ist es erforderlich, eine sich von der kontinuierlichen Regeneration unterscheidende Zwangsregeneration durchzuführen.
  • Als ein Verfahren zur Zwangsregeneration ist ein Verfahren bekannt, in welchem eine Wärmequelle, wie z. B. eine elektrische Heizvorrichtung an dem Filter befestigt ist, und ein elektrischer Strom an die Heizvorrichtung geliefert wird, was ein Verbrennen des PM ermöglicht, oder ein Verfahren in welchem Kraftstoff (HC) dem Oxidationskatalysator zugeführt wird und eine Oxidationsreaktion in dem Oxidationskatalysator ausführen darf, wodurch die Temperatur des Filters durch die Reaktionswärme erhöht wird, um eine Verbrennung des PM zu bewirken.
  • In der Zwangsregeneration ist jedoch, die Verbrennungstemperatur höher als in der kontinuierlichen Regeneration, und daher ist es erforderlich, aktiv den Verbrennungszustand des PM zu steuern. Insbesondere ist es nicht nur erforderlich, die Filtertemperatur mit einer hohen Genauigkeit zu steuern, sondern auch erforderlich, genau einen Startzeitpunkt der Filterregeneration und einen Endzeitpunkt der Filterregeneration zu ermitteln.
  • Was den Endzeitpunkt einer Zwangsregeneration betrifft, so wird er im allgemeinen auf der Basis einer verstrichenen Zeit von dem Beginn der Zwangsregeneration an ermittelt. Üblicherweise wird ein Ende der Zwangsregeneration nach Ablauf einer bestimmten Zeit vom Start der Zwangsregeneration (d. h., vom Zeitpunkt der Ankunft der Filtertemperatur bei einer vorbestimmten Temperatur als einer PM-Verbrennungstemperatur) bestimmt. (Stand der Technik 1).
  • Auch in JP 60-216 020 A ist eine Technik zur Ermittlung eines Endzeitpunktes einer Zwangsregeneration offenbart. Ge mäß der in JP 60-216 020 A offenbarten Technik wird ein Korrekturkoeffizient k gemäß einer Filtereinlaßtemperatur Tin festgelegt, und das Produkt (k·Δt) des Koeffizienten k und der Zeit Δt berechnet, während welcher das Filter die Einlaßtemperatur Tin hält, ferner ein integrierter Wert des Produktes Σ(k·Δt) ermittelt, und eine Zwangsregeneration gestoppt, wenn der integrierte Wert Σ(k·Δt) einen vorbestimmten Wert oder einen größeren Wert erreicht (Stand der Technik 2)
  • Der Stand der Technik 1 beinhaltet jedoch ein Problem, daß es nicht möglich ist, ein Ende der Zwangsregeneration korrekt zu ermitteln. Insbesondere variiert der Durchsatz des Abgases, abhängig von dem Zustand des fahrenden Fahrzeugs und einer Betriebsbedingung eines Motors (d. h., der Durchsatz des Abgases ist nicht konstant), so daß in einer Zwangsregeneration die Menge des PM, welche in einer Zeiteinheit verbrennt, sich abhängig von einem Fahrzeugfahrzustand und einem Betriebszustand eines Motors unterscheidet. Somit ist es in einem Verfahren, welches die Ermittlung eines Zwangsregenerationsendes auf der Basis der Regenerationszeit steuert, nicht möglich, eine solche Ermittlung eines Zwangsregenerationsendes durchzuführen, wie sie für einen Fahrzeugfahrzustand und einen Betriebszustand eines Motors geeignet ist. Wenn die Zwangsregenerationszeit zu lang ist, wird der Kraftstoffverbrauch verschlechtert, während, wenn sie zu kurz ist, die Regeneration des Filters nicht bis zu einem befriedigenden Umfang durchgeführt wird.
  • In der in JP 60-216 020 A offenbarten Technik (Stand der Technik 2) wird die Zeit mit dem Koeffizienten k multipliziert, welcher proportional zu der Filtereinlaßtemperatur Tin ist. Jedoch hängt der Verbrennungswirkungsgrad des PM nicht alleine von der Temperatur ab. Somit ist es sogar mit dieser Technik nicht möglich, eine korrekte Ermittlung eines Regenerationsendes auszuführen. Obwohl in dieser Technik die Zeit mit dem Korrekturkoeffizienten k multipliziert wird, wird ein wesentlichen von der Regenerationszeit Δt abhängiger Endzeitpunkt ermittelt, und somit kann ein Regenerationsende nicht genau ermittelt werden.
  • DE 101 05 075 A1 offenbart ein Abgasreinigungssystem für einen Commonrail-Dieselmotor, das einen Oxidationskatalysator und stromab davon einen Rußfilter aufweist. Zur Regeneration des Rußfilters wird dieser zunächst auf eine Temperatur aufgeheizt, welche die Reaktion des Rußes ermöglicht und anschließend erfolgt die Regeneration. Dabei wird der Massenstrom des Sauerstoffs im Abgas begrenzt, wobei die zulässige Abbrennrate des Rußes berücksichtigt wird.
  • DE 100 56 035 A1 beschreibt, dass das Regenerationsende unter Berücksichtigung der Sauerstoffkonzentration ermittelt wird.
  • US 2002/0 157 386 A beschreibt ein Verfahren, das eine Beschädigung des Filters durch Schmelzen verhindern soll, wenn während der Regeneration des Filters Partikel abgebrannt werden. Die US 2002/0 157 386 A beschäftigt sich dabei insbesondere mit der Temperatur des Abgasstroms und verhindert eine Beschädigung bzw. Schmelzen des Filters. Die Filtertemperatur wird dabei durch Steuerung der Abgasdurchsatzrate durch den Abgasweg während der Regeneration des Filters gesteuert. Außerdem wird die Sauerstoffkonzentration auf der Grundlage der Abgasdurchsatzrate gesteuert, um den Fortschritt des Partikelabbrands innerhalb eines Bereiches zu steuern, so dass der Filter nicht beschädigt wird.
  • Pauli, E.; Lepperhoff, G.; Pischinger, F.: The Description of the Regeneration Behavior of Diesel Particulate Traps with the Aid of a Mathematical Model, SAE-830180.1983 be schreibt allgemein die Regeneration von Dieselpartikelfiltern unter Verwendung eines mathematischen Models.
  • Die vorliegende Erfindung wurde angesichts der vorstehenden Probleme gemacht, und es ist eine Aufgabe der Erfindung, ein Abgasreinigungssystem mit einer einfachen Konstruktion und mit der Fähigkeit bereitzustellen, einen Filterregenerationsendzeitpunkt mit hoher Genauigkeit zu bestimmen.
  • Die Aufgabe wird mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen angegeben.
  • Zum Lösen der vorstehend erwähnten Aufgabe weist ein Abgasreinigungssystem gemäß der vorliegenden Erfindung einen in einem Abgaskanal eines Motors angeordneten Oxidationskatalysator, einen Luftstromdurchsatzsensor zum Detektieren eines Durchsatzes von Ansaugluft, einen in dem Abgaskanal an einer Position abstromseitig von dem Oxidationskatalysator angeordneten Filter, um ein in Abgas enthaltenes Partikelmaterial zu sammeln, eine Regenerationsstart-Ermittlungseinrichtung zum Ermitteln eines Regenerationsstarts des Filters, eine Sauerstoffmassenstromdurchsatz-Detektionseinrichtung zum Berechnen eines Massenstromdurchsatzes O2w von dem Filter zugeführten Sauerstoff gemäß der nachstehenden Gleichung, welche die aus dem Luftstromdurchsatzsensor erhaltene Massenstromrate der Ansaugluft Qaw beinhaltet: O2w = (Qaw – q·a)·bwobei:
  • q
    eine Kraftstoffeinspritzmenge ist
    a
    ein Äquivalenzverhältnis ist
    b
    ein Sauerstoffmassenverhältnis ist,
    eine Regeneratoreinrichtung zum Regenerieren des Filters, und eine Regenerationsende-Ermittlungseinrichtung, um ein Regenerationsende des Filters abhängig von Information zu ermit teln, die von der Sauerstoffmassenstromdurchsatz-Detektionseinrichtung und nach Ankunft eines integrierten Wertes des Sauerstoffmassenstromdurchsatzes bei einem vorbestimmten Wert während der Regeneration des Filters durch die Regeneratoreinrichtung geliefert wird.
  • Das Abgasreinigungssystem kann ferner eine Temperatur-Detektionseinrichtung zum Detektieren der Temperatur des Filters aufweisen, und die Regenerationsende-Ermittlungseinrichtung kann so aufgebaut sein, daß sie ein Regenerationsende des Filters abhängig von Information ermittelt, die von der Temperatur-Detektionseinrichtung und der Sauerstoffmassenstromdurchsatz-Detektionseinrichtung und nach der Ankunft eines bestimmten Wertes eines integrierten Wertes des Sauerstoffmassenstromdurchsatzes zu dem Zeitpunkt bereitgestellt wird, wenn die Temperatur des Filters eine vorbestimmte Temperatur erreicht hat.
  • Die Regenerationsende-Ermittlungseinrichtung kann so aufgebaut sein, daß sie ein Regenerationsende des Filters nach Erfüllung der nachstehenden Gleichung ermittelt: ΣΔPM = C·Σ(Sauerstoffmassenstromdurchsatz)wobei C = A·PM·e(–E/RT)
  • ΣΔPM
    die Sollverbrennungsmenge des Partikelmaterials ist
    Σ(Sauerstoffmassenstromdurchsatz)
    der integrierte Wert eines Massendurchsatzes des dem Filter zugeführten Sauerstoffs ist
    A
    eine experimentell erhaltene Konstante (Häufigkeitsfaktor) ist
    PM
    die Menge des auf dem Filter zu Beginn der Regeneration abgeschiedenen Partikelmaterials ist
    E
    eine Aktivierungsenergiekonstante ist
    R
    die Gaskonstante ist
    T
    die Filtertemperatur ist.
  • Die Regenerationsende-Ermittlungseinrichtung kann eine Verbrennungsmengen-Schätzeinrichtung zum Berechnen oder Schätzen einer Verbrennungsmenge des durch das Filter gesammelten Partikelmaterials aufweisen, wobei die Verbrennungsmengen-Schätzeinrichtung so aufgebaut sein kann, daß sie eine Verbrennungsmenge des Partikelmaterials durch Multiplizieren des integrierten Wertes der von der Sauerstoffmassenstromdurchsatz-Detektionseinrichtung erhaltenen Sauerstoffmassenstromdurchsatz mit einem vorbestimmten Koeffizienten berechnet oder schätzt, und wobei das Ende der Regeneration des Filters nach der Ankunft bei einem vorbestimmten Sollwert der von der Verbrennungsmengen-Schät^1zeinrichtung berechneten oder geschätzten Verbrennungsmenge des Partikelmaterials ermittelt werden kann.
  • Bevorzugt besitzt die Regenerationsstart-Ermittlungseinrichtung eine Abscheidungsmengen-Schätzeinrichtung zum Berechnen oder Schätzen einer Abscheidungsmenge des auf dem Filter abgeschiedenen Partikelmaterials, und der vorbestimmte Sollwert ist eine Abscheidungsmenge des Partikelmaterials zu Beginn der Regeneration, welche von der Abscheidungsmengen-Schätzeinrichtung geschätzt wird.
  • Bevorzugt ist die Temperatur-Detektionseinrichtung ein abstromseitig von dem Katalysator angeordneter Temperatursensor, und eine Auslaßtemperatur des Katalysators wird als die Temperatur des Filters verwendet.
  • Die Temperatur-Detektionseinrichtung kann anstromseitig bzw. abstromseitig von dem Filter angeordnete Temperatursensoren aufweisen, um eine Einlaßtemperatur Tf, eine Auslaßtemperatur Tr des Filters zu detektieren, und kann eine Filtertemperatur auf der Basis der von den Temperatursensoren de tektierten Einlaßtemperatur Tf und der Auslaßtemperatur Tr und gemäß der nachstehenden Gleichung berechnen: Filtertemperatur Tfil = Tf·a + Tr(1 – a)wobei a ein Wert für die Gewichtung der Einlaßtemperatur Tf und der Auslaßtemperatur Tr ist, welcher der Beziehung 0 ≤ a ≤ 1 genügt.
  • Bevorzugt ermittelt die Regenerationsende-Ermittlungseinrichtung das Ende der Regeneration nur während der Zwangsregeneration des Filters.
  • Bevorzugt ist der Motor ein Dieselmotor.
  • Ein Regenerationsende-Ermittlungsverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung ist für ein Abgasreinigungssystem, welches einen in einem Abgaskanal eines Motors angeordneten Oxidationskatalysator und ein in dem Abgaskanal an einer Position abstromseitig vor dem Oxidationskatalysator angeordnetes Filter aufweist, um ein in dem Abgas enthaltenes Partikelmaterial zu sammeln, und weist die Schritte auf: Starten einer Zwangsregeneration des Filters, Ermitteln, ob die Temperatur des Filters eine vorbestimmte Temperatur während der Ausführung der Zwangsregeneration erreicht hat oder nicht, Ermitteln, ob ein integrierter Wert eines Sauerstoffstrommassendurchsatzes O2w von dem Zeitpunkt der Ankunft der Filtertemperatur bei der vorbestimmten Temperatur während der Ausführung der Zwangsregeneration einen vorbestimmten Wert erreicht hat oder nicht, gemäß der nachstehenden Gleichung, welche die aus dem Luftstromdurchsatzsensor erhaltene Massenstromrate der Ansaugluft Qaw beinhaltet: O2w = (Qaw – q·a)·bwobei:
  • q
    eine Kraftstoffeinspritzmenge ist
    a
    ein Äquivalenzverhältnis ist
    b
    ein Sauerstoffmassenverhältnis ist, und Beenden der Zwangsregeneration nach der Ankunft des integrierten Wertes des Sauerstoffmassenstromdurchsatzes bei dem vorbestimmten Wert.
  • Ferner ist ein Regenerationsende-Ermittlungsverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung für ein Abgasreinigungssystem, welches einen in einem Abgaskanal eines Motors angeordneten Oxidationskatalysator und ein in dem Abgaskanal an einer Position abstromseitig vor dem Oxidationskatalysator angeordnetes Filter aufweist, um ein in dem Abgas enthaltenes Partikelmaterial zu sammeln, und weist die Schritte auf: Ermitteln, ob eine Zwangsregeneration des Filters durchgeführt wird oder nicht, Ermitteln, ob die Temperatur des Filters eine vorbestimmte Temperatur während der Durchführung der Zwangsregeneration erreicht hat oder nicht, Ermitteln, ob ein integrierter Wert eines Sauerstoffstrommassendurchsatzes O2w von dem Zeitpunkt der Ankunft der Filtertemperatur bei der vorbestimmten Temperatur während der Ausführung der Zwangsregeneration einen vorbestimmten Wert erreicht hat oder nicht, gemäß der nachstehenden Gleichung, welche die aus dem Luftstromdurchsatzsensor erhaltene Massenstromrate der Ansaugluft Qaw beinhaltet: O2w = (Qaw – q·a)·bwobei:
  • q
    eine Kraftstoffeinspritzmenge ist
    a
    ein Äquivalenzverhältnis ist
    b
    ein Sauerstoffmassenverhältnis ist,
    und Beenden der Zwangsregeneration nach der Ankunft des integrierten Wertes des Sauerstoffmassenstromdurchsatzes bei dem vorbestimmten Wert.
  • Somit ist es gemäß der vorliegenden Erfindung während einer Regeneration (insbesondere Zwangsregeneration) des Filters möglich, eine PM-Verbrennungsmenge genau unabhängig von einem Betriebszustand des Motors zu erfassen, und somit möglich, ein Regenerationsende genau zu ermitteln. Demzufolge kann eine Verschlechterung des Kraftstoffverbrauchs aufgrund einer zu langen Regenerationszeit oder umgekehrt einer fehlerhaften Regeneration aufgrund einer zu kurzen Regenerationszeit vermieden werden. Gemäß der vorliegenden Erfindung kann ferner die Ermittlung eines Regenerationsendes sehr genau mit einer einfachen Konstruktion ohne Verwendung irgendeiner komplizierten Logik oder irgendwelcher speziellen Komponenten durchgeführt werden. Es ergibt sich weder eine Kostensteigerung, noch eine Gewichtssteigerung.
  • Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen angegeben. Es zeigen:
  • 1 ist eine schematische Darstellung, die den Gesamtaufbau eines Abgasreinigungssystems gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt;
  • 2 ist eine schematische Darstellung, welche den Aufbau eines Hauptabschnittes des Abgasreinigungssystems darstellt;
  • 3A und 3B stellen zusätzliche Kraftstoffeinspritzzeitpunkte in dem Abgasreinigungssystem dar;
  • 4 ist ein Flußdiagramm zum Erläutern des Betriebs des Abgasreinigungssystems;
  • 5A und 5B sind Zeitdiagramme zum Erläutern des Betriebs des Abgasreinigungssystems; und
  • 6 ist eine schematische Darstellung, die eine Modifikation des Abgasreinigungssystems gemäß der vorliegenden Erfindung darstellt.
  • Ein Abgasreinigungssystem gemäß einer Ausführungsform einer vorliegenden Erfindung wird unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, in welchem 1 eine schematische Darstellung ist, die einen Gesamtaufbau des Abgasreinigungssystems darstellt. In dieser Ausführungsform ist ein Motor 2 ein Dieselmotor, welcher Dieselöl (HC) als Kraftstoff verwendet. Der Motor ist mit einem Common-Rail-Kraftstoffeinspritzsystem ausgestattet, in welchem Kraftstoff zunächst in einer Hochdruckspeicherkammer (Common-Rail 2a), welche für alle Zylinder gemeinsam ist, gespeichert und dann eingespritzt wird.
  • In einem Abgaskanal 4 des Motors 2 ist ein Oxidationskatalysator (hierin nachstehend einfach als "Katalysator" bezeichnet) 6, und ein Dieselpartikelfilter (hierin nachstehend einfach als "Filter" bezeichnet) 8 in dieser Reihenfolge von einer Anstromseite eines Abgasstroms aus angeordnet. Ferner ist ein Turbolader 3 in dem Abgaskanal 4 angeordnet, und ein Zwischenkühler 5 ist in dem Ansaugkanal 7 angeordnet.
  • Obwohl es nicht im Detail dargestellt ist, ist das gesamte Filter 8 aus einem porösen Material aufgebaut und das Filter 8 weist erste Kanäle 8a auf, welche anstromseitig geöffnet und abstromseitig geschlossen sind, und zweite Kanäle 8b, welche anstromseitig geschlossen und abstromseitig geöffnet sind, wobei die ersten und zweiten Kanäle 8a und 8b in einer abwechselnd nebeneinander liegenden Weise angeordnet sind.
  • Gemäß dieser Anordnung strömt in das Filter 8 eingeführtes Gas aus den ersten Kanälen 8a durch poröse Wandabschnitte hindurch zu den zweiten Kanälen 8b. Zu diesem Zeitpunkt wird in dem Abgas enthaltenes PM (ein hauptsächlich aus Kohlenstoff C bestehendes Partikelmaterial) in den Wandabschnitten gesammelt.
  • Der Oxidationskatalysator 6 zeigt dieselbe Funktion wie der vorstehend in Verbindung mit dem Stand der Technik beschriebene. Während der normalen Fahrt des betroffenen Fahrzeugs wird in dem Abgas enthaltendes NO in dem Oxidationska talysator 6 zu NO2 oxidiert, welches dann als ein Oxidationsmittel den Filter 8 zugeführt wird. In dem Filter 8 reagiert das NO2 mit dem PM, so daß das PM brennt und das Filter 8 kontinuierlich regeneriert wird.
  • Zwischen dem Katalysator 6 und dem Filter 8 sind ein Temperatursensor (Temperatur-Detektionseinrichtung) 10 zum Detektieren einer Auslaßtemperatur des Katalysators 6 und einer Einlaßtemperatur des Filters 8, und ein Drucksensor (Absolutdruck-Detektionseinrichtung) 12 zum Detektieren eines Absolutdruckes angeordnet. In dem Filter 8 ist ein Differenzdrucksensor (Differenzdruck-Detektionseinrichtung) 14 zum Detektieren eines Differenzdruckes zwischen einem anstromseitigen Druck und einem abstromseitigen Druck in dem Filter 8 vorgesehen. Ferner ist anstromseitig von dem Einlaßkanal 7 ein Luftstromdurchsatzsensor (ASF) 15 zum Detektieren des Durchsatzes von Ansaugluft angeordnet.
  • Obwohl in dieser Ausführungsform der Drucksensor 12 und der Differenzdrucksensor 14 jeweils unabhängig angeordnet sind, können Absolutdruck-Detektionssensoren jeweils anstromseitig und abstromseitig von dem Filter 8 angeordnet sein, was diesen ermöglicht, die Funktionen des Drucksensors 12 und des Differenzdrucksensors 14 zu erfüllen. D. h., der in Frage kommende Abschnitt kann so aufgebaut sein, daß ein in den anstromseitigen Sensor erhaltener detektierter Wert als ein Differenzdruck detektiert wird, und ein Differenzdruck aus den in den anstromseitigen und abstromseitigen Sensoren erhaltenen Werten berechnet wird.
  • Die Sensoren 10, 12, 14 und 15 sind mit einer ECU 16 als einer Steuereinrichtung verbunden. Die ECU 16 weist eine Eingabe/Ausgabe-Vorrichtung, Speicher (ROM, RAM, nicht flüchtigen Speicher), eine arithmetische Einheit (CPU) und einen Zeitgeberzähler auf. Eine synthetische Steuerung für den Motor 1 wird von der ECU 16 ausgeführt.
  • Gemäß Darstellung in 2 sind an einer Eingangsseite der ECU 16 ein Motordrehzahlsensor (Motordrehzahl-Detektionseinrichtung) 18 zum Detektieren einer Motordrehzahl Ne des Motors 2 und ein Gaspedalpositionssensor 20 zum Detektieren einer Gaspedalposition, zusätzlich zu den Sensoren 10, 12 und 14 angeordnet.
  • Mit einer Ausgangsseite der ECU 16 sind verschiedene Ausgabevorrichtungen, die eine Einspritzeinrichtung (Kraftstoffeinspritzventil) 22 und ein in 1 dargestelltes EGR-Ventil 2b umfassen, verbunden, und von der ECU 16 gelieferte Steuersignale werden in diese Ausgabevorrichtungen eingegeben.
  • Innerhalb der ECU 16 sind gemäß Darstellung in 2 eine Hauptkraftstoffeinspritzmengen-Einstelleinrichtung 24, eine Zwangsregenerationsstart-Ermittlungseinrichtung 26, eine erste Zusatzkraftstoff-Steuereinrichtung 29, eine zweite Zusatzkraftstoff-Steuereinrichtung 31, und eine Zwangsregenerationsende-Ermittlungseinrichtung 32 vorgesehen. In dieser Ausführungsform wird eine Filterregenerationseinrichtung 38 von den ersten und zweiten Zusatzkraftstoff-Steuereinrichtungen 29, 31 aufgebaut.
  • In der ersten Zusatzkraftstoff-Steuereinrichtung 29 ist eine erste Zusatzkraftstoffmengen-Einstelleinrichtung 28 vorgesehen, während in der zweiten Zusatzkraftstoff-Steuereinrichtung 31 eine zweite Zusatzkaftstoffeinspritzmengen-Einstelleinrichtung 30 vorgesehen ist.
  • Die Hauptkraftstoffeinspritzmengen-Einstelleinrichtung 24 dient zum Einstellen einer Kraftstoffeinspritzmenge (Haupteinspritzmenge), qmain, im normalen Fahrzustand des Fahrzeugs. Innerhalb der Hauptkraftstoffeinspritzmengen-Einstelleinrich tung 24 ist ein dreidimensionales Kennfeld unter Verwendung der Motordrehzahl Ne, und der Gaspedalposition ACC als Parameter gespeichert. In der Hauptkraftstoffeinspritzmengen-Einstelleinrichtung 24 wird eine Haupteinspritzmenge, qmain, gemäß einer von dem Motordrehzahlsensor 18 und dem Gaspedalpositionssensor 20 gelieferten Information eingestellt. In den Common-Rail-Kraftstoffeinspritzsystem wird die Kraftstoffeinspritzmenge abhängig von der Betriebszeit der Einspritzvorrichtung 22 gesteuert, während in der Hauptkraftstoffeinspritzmengen-Einstelleinrichtung 24 die Betriebszeit der Einspritzvorrichtung 22 so eingestellt wird, daß sie die eingestellte Kraftstoffeinspritzmenge ergibt.
  • Die Zwangsregenerationsstart-Ermittlungseinrichtung 26 ermittelt, ob eine Zwangsregeneration des Filters 8 gestartet werden soll oder nicht. In der Zwangsregenerationsstart-Ermittlungseinrichtung 26 ist eine PM-Abscheidungsmengen-Schätzeinrichtung 27 zum Schätzen (oder Berechnen) einer PM-Abscheidungsmenge gemäß einer von dem Drucksensor 10 und dem Differentialdrucksensor 14 gelieferten Information vorgesehen. Wenn die von der PM-Abscheidungsmengen-Schätzeinrichtung 27 geschätzte PM-Abscheidungsmenge einen vorbestimmten Wert oder einen größeren Wert erreicht hat, ermittelt die Zwangsregenerationsstart-Ermittlungseinrichtung 26, daß das Filter 8 verstopft ist, ohne daß es gleichzeitig kontinuierlich regeneriert wird, und ermittelt, daß eine Zwangsregeneration des Filters 8 gestartet werden muß.
  • Insbesondere steigt in einem Betriebszustand (hauptsächlich bei einem Betrieb bei niedriger Drehzahl und niedriger Belastung), bei der die Abgastemperatur in dem Motor 2 niedrig ist, die Abgastemperatur nicht auf eine Aktivierungstemperatur des Oxidationskatalysators an, und somit wird NO nicht oxidiert, weshalb keine kontinuierliche Regeneration des Filters 8 ausgeführt werden kann. In diesem Falle wird zuviel PM auf dem Filter 8 abgeschieden, was zu einem Verstopfen des Filters führt. Angesichts dieses Punktes, ermittelt die Zwangsregenerationsstart-Ermittlungseinrichtung 26 den Start der Zwangsregeneration des Filters 8 in Abhängigkeit von einer Druckinformation aus dem Filter. Was das PM-Abscheidungsmengen-Schätzverfahren betrifft, wird dessen detaillierte Beschreibung hier unterlassen, da bereits verschiedene Verfahren bekannt sind.
  • Gemäß dem in dieser Ausführungsform angewendeten Zwangsregenerationsverfahren, wird zuerst das Abgas mit einer hohen Temperatur direkt dem Katalysator 6 zugeführt, was ein Ansteigen der Katalysatortemperatur auf dessen Aktivierungstemperatur (z. B. 250°C) bewirkt, worauf dann Kraftstoff dem Katalysator 6 zugeführt wird, was dem Kraftstoff eine Ausführung einer Oxidationsreaktion ermöglicht, und die Filtertemperatur durch die Reaktionswärme angehoben wird, um das PM zu verbrennen.
  • Wenn eine Zwangsregeneration durch die Zwangsregenerationsstart-Ermittlungseinrichtung 26 gestartet ist, wird gemäß Darstellung in 3A zuerst in einem Expansionshub ein zusätzlicher Kraftstoff (erster zusätzlicher Kraftstoff) eingespritzt, und die sich aus der Verbrennung dieses zusätzlichen Kraftstoffs ergebende Wärme wird zum Anheben der Temperatur des Katalysators 6 genutzt.
  • Die erste Zusatzkaftstoffeinspritzmengen-Einstelleinrichtung 28 stellt eine erste zusätzliche Kraftstoffeinspritzmenge q1 gemäß einem Betriebszustand des Motors 2 und einer von dem Temperatursensor 10 detektierten Katalysatorauslaßtemperatur ein. Während der Katalysatoraufheizsteuerung werden auch eine Verzögerung des Hauptkraftstoffeinspritzzeitpunktes und eine Einlaßdrosselung zusätzlich zu der ersten zusätzlichen Kraftstoffeinspritzung durchgeführt.
  • Gemäß Darstellung in 3A befindet sich der erste Zusatzkraftstoff-Einspritzzeitpunkt in einem relativ früheren Stadium als ein Endstadium des Expansionshubs, und durch Einspritzen des ersten zusätzlichen Kraftstoffes zu einem derartigen Zeitpunkt werden der zusätzliche Kraftstoff und das heiße Verbrennungsgas in dem Zylinder miteinander vermischt, das zusätzliche Gas brennt in einem Abgasanschluß und in dem Abgaskanal, und ein heißes Abgas wird dem Katalysator 6 zum Erhöhen der Katalysatortemperatur zugeführt.
  • Wenn anhand der von dem Temperatursensor 10 gelieferten Information ermittelt wird, daß die Katalysatorauslaßtemperatur (die Temperatur des Katalysators 6) auf die Aktivierungstemperatur angestiegen ist, wird noch zusätzlicher Kraftstoff (zweiter zusätzlicher Kraftstoff) nach der Einspritzung des ersten zusätzlichen Kraftstoffes eingespritzt, wie es in 3B dargestellt ist. Dieser zweite zusätzliche Kraftstoff wird beispielsweise in einem Ausstoßhub eingespritzt. Durch eine derartige Zeitsteuerung der Kraftstoffeinspritzung erreicht der Kraftstoff den Katalysator 6 ohne in dem Zylinder oder in dem Abgaskanal zu brennen, und es wird eine Verbrennung des Kraftstoffs in dem Katalysator 6 durchgeführt, dessen Temperatur die Aktivierungstemperatur erreicht hat. Demzufolge wird das abstromseitig von dem Katalysator 6 positionierte Filter 8 erwärmt und dessen Temperatur auf eine Temperatur (600°C) angehoben, bei welcher das PM oxidiert werden kann, wodurch eine Verbrennung des PM (Regeneration des Filters) ausgeführt wird.
  • Die zweite Zusatzkaftstoffeinspritzmengen-Einstelleinrichtung 30 stellt eine zweite zusätzliche Kraftstoffeinspritzmenge q2 abhängig von der Motordrehzahl Ne, der Motorbelastung (hier der Haupteinspritzmenge qmain) und der Katalysatorauslaßtemperatur ein.
  • Es erfolgt nun eine Beschreibung für ein Verfahren zum Einstellen der zweiten zusätzlichen Kraftstoffeinspritzmenge q2. Gemäß Darstellung in 2 sind in der zweiten Zusatzkaftstoffeinspritzmengen-Einstelleinrichtung 30 zwei Kennfelder 30a und 30b mit unterschiedlichen Kennlinien und eine Umschalteinrichtung 30c vorgesehen, welche eine Umschaltung durchführt, um eines von diesen zwei Kennfeldern auszuwählen. In jedem von den Kennfeldern 30a und 30b ist eine zweite zusätzliche Kraftstoffeinspritzmenge unter Nutzung der Motordrehzahl Ne und Belastung (Haupteinspritzmenge qmain) als Parametern gespeichert. Abhängig von dem Temperatursensor 10 gelieferter Information wählt die Umschalteinrichtung 30c eines von den zwei Kennfeldern 30a und 30b aus, und stellt die zweite zusätzliche Kraftstoffeinspritzmenge q2 gemäß dem ausgewählten Kennfeld ein.
  • Von den zwei Kennfeldern 30a und 30b besteht das eine Kennfeld 30a aus einem Inkrement-Kennfeld, einem ersten Kraftstoffeinspritzmengenkennfeld), in welchem die zweite zusätzliche Kraftstoffmenge relativ groß eingestellt ist, während das andere Kennfeld 30b als ein Dekrement-Kennfeld (zweites Kraftstoffeinspritzmengenkennfeld) aufgebaut ist, in welchem die zweite Kraftstoffeinspritzmenge relativ klein eingestellt ist.
  • Wenn die von dem Temperatursensor detektierte Katalysatorauslaßtemperatur (Filtereinlaßtemperatur) niedriger als ein vorbestimmter Sollwert (hier 600°C) ist, wählt die zweite zusätzliche Kraftstoffeinspritzmengen-Ermittlungseinrichtung 30 das Inkrement-Kennfeld 30a aus, und stellt die zweite zusätzliche Kraftstoffeinspritzmenge q2 ein, während, wenn die Katalysatorauslaßtemperatur nicht niedriger als die vorstehende vorbestimmte Temperatur ist, die zweite Zusatzkaftstoffeinspritzmengen-Einstelleinrichtung 30 das Dekrement-Kenn feld 30b auswählt und die zweite zusätzliche Kraftstoffeinspritzmenge q2 einstellt.
  • In dem somit eine einfache Rückkopplungssteuerung basierend auf der Katalysatorauslaßtemperatur beispielsweise durchgeführt wird, wenn die Katalysatorauslaßtemperatur bis zu 600°C oder höher ist, die HC-(Kraftstoff)-Zuführung zu dem Katalysator 6 unterdrückt, wodurch eine weitere Zunahme in der Temperatur des Filters unterdrückt werden kann. Demzufolge ist es möglich, eine Überverbrennung von PM zu unterdrücken und sicher eine Schmelzung des Filters 8 zu verhindern. Ferner kann, wenn die Katalysatorauslaßtemperatur niedriger als 600°C ist, die Filtertemperatur durch Erhöhen des Anteils der HC-Zuführung erhöht werden. Auf diese Weise kann die Filtertemperatur (insbesondere die zentrale Temperatur des Filters) auf einer Temperatur in der Nähe von 600°C gehalten werden, bei welcher das PM am effizientesten verbrennt.
  • Es erfolgt nun eine kurze Beschreibung sowohl des Inkrement-Kennfeldes 30a, als auch des Dekrement-Kennfeldes 30b, welche in der zweiten Zusatzkaftstoffeinspritzmengen-Einstelleinrichtung 30 vorgesehen sind. Bisher war nur ein Kennfeld in der zweiten Kraftstoffeinspritzmengen-Einstelleinrichtung 30 vorgesehen, wobei es jedoch mit nur einem derartigen Kennfeld schwierig war, die Temperatur des Filters 8 zu stabilisieren. In dieser Ausführungsform wird ein beispielsweise durch Addieren von Δq zu einem herkömmlichen Kennfeldwert erzielter Wert im Speicher gespeichert und als das Inkrement-Kennfeld 30a festgelegt, während ein beispielsweise durch Subtrahieren von nur Δq von einem herkömmlichen Kennfeldwert erzielter Wert, als das Dekrement-Kennfeld 30b festgelegt wird, und diese zwei Kennfelder 30a und 30b von einem auf das andere abhängig von den Temperaturbedingungen umgeschaltet werden. Somit kann man sagen, die zweite Zusatzkaftstoffeinspritzmengen-Einstelleinrichtung 30 nicht nur die zweite zusätzliche Kraftstoffeinspritzmenge q2 abhängig von der Motordrehzahl Ne und der Belastung einstellt, sondern auch die Kraftstoffeinspritzmenge q2 abhängig von der Katalysatorauslaßtemperatur verändert.
  • Da die als eine Last genutzte Haupteinspritzmenge qmain von der Haupteinspritzmengen-Einstelleinrichtung 24 eingestellt wird, folgt daraus, daß die Hauptkraftstoffeinspritzmengen-Einstelleinrichtung 24 auch als eine Lastdetektionseinrichtung funktioniert. Die Position des Gaspedals kann als eine Last anstelle der Haupteinspritzmenge qmain verwendet werden. In diesem Falle funktioniert der Gaspedalpositionssensor 20 als eine Lastdetektionseinrichtung. Der Aufbau der zweiten Zusatzkraftstoffeinspritzeinmengen-Einstelleinrichtung 30 ist nicht auf den vorstehenden Aufbau beschränkt. Beispielsweise kann ein Aufbau verwendet werden, in welchem ein Kennfeld für die Einstellung einer Basiskraftstoffeinspritzmenge und eine Korrektureinrichtung zum Korrigieren der Basiskraftstoffeinspritzmenge (wovon keine dargestellt ist) in der zweiten Zusatzkaftstoffeinspritzmengen-Einstelleinrichtung 30 vorgesehen sind, und eine der Katalysatorauslaßtemperatur entsprechende Korrektur auf die aus dem Kennfeld erhaltene Kraftstoffeinspritzmenge angewendet wird (beispielsweise durch Multiplizieren der Kraftstoffeinspritzmenge mit einem Korrekturkoeffizienten), und die so korrigierte Kraftstoffeinspritzmenge als eine zweite zusätzliche Kraftstoffeinspritzmenge eingestellt wird.
  • Eine detailliertere Steuerung kann durchgeführt werden, indem drei Kennfelder in der zweiten Zusatzkaftstoffeinspritzmengen-Einstelleinrichtung 30 vorgesehen werden. Insbesondere wird ein zweites Inkrement-Kennfeld (ein drittes Kraftstoffeinspritzmengenkennfeld), welches die Kraftstoffeinspritzmenge noch größer als in dem Inkrement-Kennfeld 30a einstellt, zusätzlich zu dem Inkrement-Kennfeld 30a und dem Dekrement-Kennfeld 30b bereitgestellt, und beispielsweise das zweite Inkrement-Kennfeld verwendet, wenn die Katalysatorauslaßtemperatur niedriger als 400°C ist, das Inkrement-Kennfeld 30a verwendet, wenn die Katalysatorauslaßtemperatur nicht niedriger als 400°C und niedriger als 600°C ist, und das Dekrement-Kennfeld 30b verwendet, wenn die Katalysatorauslaßtemperatur 600°C oder höher ist.
  • Ein Hauptabschnitt der vorliegenden Erfindung wird nun beschrieben. Die Zwangsregenerationsende-Ermittlungseinrichtung 32 ermittelt ein Zwangsregenerationsende des Filters 8. In dieser Ausführungsform wird, wenn ein integrierter Wert eines Massenstromdurchsatzes von dem Filter 8 zugeführten Sauerstoff (O2-Massenstromdurchsatz) von dem Zeitpunkt der Ankunft der Filtertemperatur (hier durch die Katalysatorauslaßtemperatur ersetzt) bei einer vorbestimmten Temperatur (600°C) einen vorbestimmten Wert (Sollwert) erreicht hat, ein Zwangsregenerationsende-Zeitpunkt des Filters 8 ermittelt. Dieses beruht darauf, weil die Verbrennungsmenge des PM dem Sauerstoffmassenstromdurchsatz entspricht und die Verbrennungsmenge des PM aus dem Massenstromdurchsatz des dem Filter 8 zugeführten Sauerstoffs geschätzt werden kann.
  • Spezifischer ausgedrückt, haben die vorliegenden Erfinder experimentell herausgefunden, daß die Verbrennungsmenge des PM durch die nachstehende Gleichung (1) ausgedrückt werden kann: ΔPM = A·O2-Konzentration·PM·e(–E/RT) (1)
  • In der vorstehenden Gleichung (1) steht ΔPM für die Menge des PM, welches in einer Zeiteinheit verbrennt, A steht für eine experimentell erhaltene Konstante (Häufigkeitsfaktor), PM steht für eine PM-Abscheidungsmenge zu Beginn der Regeneration, E steht für eine Aktivierungsenergiekonstante, welche von der Hardwarekonfiguration, wie z. B. davon abhängt, ob der Katalysator 6 vorhanden ist oder nicht, R steht für eine Gaskonstante und T steht für die Temperatur des Filters. Somit ist es durch Ermittlung eines integrierten Wertes von ΔPM gemäß der nachstehenden Gleichung (2) möglich, eine Gesamtverbrennungsmenge des PM von dem Start der Regeneration des Filters 8 an zu berechnen. ΣΔPM = A·Σ(O2-Konzentration)·PM·e(–E/RT) (2)
  • Indem einfach die PM-Abscheidungsmenge und die Filtertemperatur T als konstante Werte betrachtet werden, kann A·PM·e(–E/RT) in den vorstehenden Gleichungen (1) und (2) durch eine Konstante C ersetzt werden. Daher kann die Verbrennungsmenge des PM von Beginn der Regeneration an durch die nachstehende Gleichung (3) ausgedrückt werden. Die O2-Konzentration ist gleichbedeutend mit dem Massenstromdurchsatz des Sauerstoffes und der Massenstromdurchsatz des Sauerstoffes wird nachstehend hauptsächlich als O2-Konzentration verwendet. ΣΔMP = C·Σ(O2-Konzentration) = C·Σ(Sauerstoffmassenstromdurchsatz) (3)
  • D. h., die Verbrennungsmenge des PM kann als ein Parameter berechnet werden und die Gesamtverbrennungsmenge des PM von Beginn der Regeneration an ist gleich einem eines durch Multiplizieren eines integrierten Wertes einer Massenstromdurchsatzrate des dem Filter 8 zugeführten Sauerstoffs mit einem vorbestimmten Koeffizienten C erhaltenen Wertes ist. In dieser Ausführungsform wird daher, wenn ein integrierter Wert eines Sauerstoffmassenstromdurchsatzes von dem Zeitpunkt der Ankunft an dem Verbrennungsstartzeitpunkt (600°C) des PM nach dem Start der Zwangsregeneration des Filters 8 einen vorbestimmten Wert (Sollwert) erreicht hat, ermittelt, daß das auf dem Filter 8 abgeschiedene PM verbrannt worden ist, und ein Ende der Zwangsregeneration ermittelt.
  • Es erfolgt nun eine konkretere Beschreibung des Zwangsregenerationsende-Ermittlungsschrittes. In der Zwangsregenerationsende-Ermittlungseinrichtung 33 ist eine Sauerstoffmassenstromdurchsatz-Berechnungseinrichtung (Sauerstoffmassenstromdurchsatz-Detektionseinrichtung) 34 für die Berechnung eines Massenstromdurchsatzes des Sauerstoffs vorgesehen. In der Sauerstoffmassenstromdurchsatz-Berechnungseinrichtung 34 wird ein Sauerstoffmassenstromdurchsatz O2w gemäß der nachstehenden Gleichung (4) berechnet: O2w = (Qaw – q·a)·b (4)
  • In der vorstehenden Gleichung steht Qaw für einen Massenstromdurchsatz der von dem ASF 15 erhaltenen Ansaugluft, q steht für eine gesamte Kraftstoffeinspritzmenge (Hauptkraftstoffeinspritzmenge + zusätzliche Kraftstoffeinspritzmenge), a steht für ein Äquivalenzverhältnis (14,7) und b steht für ein Sauerstoffmassenverhältnis. Ein Massenstromdurchsatz des in das Filter 8 eintretenden Sauerstoffes kann gemäß der vorstehenden Gleichung (4) berechnet werden.
  • In der Zwangsregenerationsende-Ermittlungseinrichtung 32 ist auch eine PM-Verbrennungsmengen-Schätzeinrichtung 36 zusätzlich zu der Sauerstoffmassenstromdurchsatz-Berechnungseinrichtung 34 vorgesehen. In der PM-Verbrennungsmengen-Schätzeinrichtung 36 wird der integrierte Wert ΣO2w des Sauerstoffmassenstromdurchsatzes, der in der Sauerstoffmassenstromdurchsatz-Berechnungseinrichtung 34 berechnet wird, mit dem Koeffizienten C multipliziert, um die Verbrennungsmenge des PM zu berechnen.
  • In der Zwangsregenerationsende-Ermittlungseinrichtung 32 wird die Menge des in der PM-Abscheidungsmengen-Schätzeinrichtung 27 geschätzten PM zu Beginn der Zwangsregeneration auf einen Sollwert eingestellt, und wenn die Verbrennungsmenge des von der PM-Verbrennungsmengen-Schätzeinrichtung 36 geschätzten PM den Sollwert erreicht, wird ermittelt, daß die Zwangsregeneration des Filters 8 vorüber ist. D. h., wenn die Beziehung C·ΣO2w ≥ Sollwert erfüllt ist, wird festgestellt, daß die Zwangsregeneration vorüber ist.
  • Wenn in der Zwangsregenerationsende-Ermittlungseinrichtung 32 ermittelt wird, daß die Zwangsregeneration des Filters 8 vorüber ist, wird die erste und zweite zusätzliche Kraftstoffeinrichtung gestoppt, und die zugeordneten Steuerungen, wie z. B. die Verzögerung des Hauptkraftstoffeinspritzzeitpunktes und die Drosselung des Ansaugluft ebenfalls mit einer Rückkehr zu dem normalen Betriebszustand gestoppt.
  • Das die vorliegende Erfindung verkörpernde Abgasreinigungssystem ist wie vorstehend aufgebaut. Dessen Betrieb wird nachstehend unter Bezugnahme auf das Flußdiagramm von 4 beschrieben.
  • Zuerst wird im Schritt S1 Information von verschiedenen Sensoren eingegeben. Anschließend wird im Schritt S2 ermittelt, ob das Zwangsregerations-Flag F 0 oder 1 ist. Das Zwangsregenerations-Flag F wird dazu genutzt, um festzustellen, ob gerade eine Zwangsregeneration ausgeführt wird oder nicht. Wie es später erläutert wird, wird F auf 1 gesetzt, wenn die Zwangsregeneration ausgeführt wird, während F auf 0 gesetzt wird, wenn die Zwangsregeneration nicht ausgeführt wird. In dem Initialisierungssteuerzyklus wird das Zwangsregenerationsflag F auf 0 gesetzt, so daß in diesem Falle der Verarbeitungsablauf zu dem Schritt S3 übergeht.
  • Im Schritt S3 wird die Abscheidungsmenge des PM abhängig von Information ermittelt, die von dem Drucksensor 12 und dem Differenzdrucksensor 14 geliefert wird, und es wird ermittelt, ob die PM-Abscheidungsmenge einen Wert nicht kleiner als ein vorbestimmter Wert α annimmt oder nicht. Wenn die Antwort bestätigend ist, geht der Ablauf zu dem Schritt S4 über. Im Schritt S4 wird ermittelt, daß das Filter 8 verstopft ist, ohne daß es kontinuierlich regeneriert wird, und der Start der Zwangsregeneration ermittelt. Zu diesem Zeitpunkt wird das Zwangsregenerations-Flag F auf 1 gesetzt. Im Schritt S3 kann lediglich ermittelt werden, ob die Druckdifferenz zwischen den Einlaß- und Auslaßdrücken in dem Filter 8, welche von dem Differenzdrucksensor 14 detektiert wird, einen Wert nicht kleiner als einen vorbestimmten Wert erreicht hat oder nicht, und wenn die Antwort bestätigend ist, kann der Start der Zwangsregeneration im Schritt S4 ermittelt werden.
  • Sobald der Start der Zwangsregeneration im Schritt S4 ermittelt ist, geht der Ablauf zu dem Schritt S5 über, in welchem die Aufheizsteuerung für den Katalysator 6 ausgeführt wird. In dieser Katalysatoraufheizsteuerung wird, wie es in 3A dargestellt ist, ein zusätzlicher Kraftstoff (erster zusätzlicher Kraftstoff) nach der Hauptkraftstoffeinspritzung eingespritzt. Da dieser zusätzliche Kraftstoff verbrennt, steigt die Temperatur des Katalysators 6 an.
  • Anschließend wird im Schritt S6 ermittelt, ob die Temperatur des Katalysators 6 (tatsächlich die Katalysatorauslaßtemperatur) eine Aktivierungstemperatur (über 250°C) erreicht hat oder nicht, und wenn die Katalysatortemperatur niedriger als die Aktivierungstemperatur ist, springt der Ablauf zurück. In diesem Falle wird in dem nächsten und in anschließenden Steuerzyklen die Routine der Schritte S1, S2, S5 und S6 wiederholt und nur die Aufheizung des Katalysator 6 ausgeführt, bis die Temperatur des Katalysators 6 die Aktivierungstemperatur erreicht.
  • Wenn im Schritt S6 ermittelt wird, daß die Katalysatortemperatur die Aktivierungstemperatur erreicht hat, geht der Ablauf zu dem Schritt S7 über, in welchem eine zusätzliche Kraftstoffeinspritzung (zweite zusätzliche Kraftstoffeinspritzung, siehe 3B) für die Verbrennung von PM ausgeführt wird. In diesem Falle wird zuerst im Schritt S7 ermittelt, ob die Katalysatorauslaßtemperatur nicht niedriger als eine vorbestimmte Temperatur (z. B. 600°C) ist oder nicht. Die vorbestimmte Temperatur entspricht einer Temperatur, bei welcher das Filter 8 aktiviert ist und das PM besonders effizient brennt. Wenn die Katalysatorauslaßtemperatur niedriger als die vorbestimmte Temperatur ist, geht der Ablauf zu dem Schritt S8 über, in welchem die zweite zusätzliche Kraftstoffeinspritzmenge q2 unter Verwendung des Inkrement-Kennfeldes 30a eingestellt wird. Wenn die Katalysatorauslaßtemperatur nicht niedriger als die vorbestimmte Temperatur ist, geht der Ablauf zu dem Schritt S9 über, in welchem die zweite zusätzliche Kraftstoffmenge q2 unter Verwendung des Dekrement-Kennfeldes 30b eingestellt wird. D. h., wenn die Katalysatorauslaßtemperatur niedriger als die vorbestimmte Temperatur ist, wird die zweite zusätzliche Kraftstoffeinspritzmenge q2 auf einem eher großen Wert eingestellt, während, wenn sie nicht niedriger als die vorbestimmte Temperatur ist, die zweite zusätzliche Kraftstoffeinspritzmenge auf einen eher kleinen Wert eingestellt wird.
  • Anschließend wird im Schritt S10 ein integrierter Wert ΣO2w eines Massenstromdurchsatzes des dem Filter 8 zugeführten Sauerstoffs nach Ankunft der Katalysatorauslaßtemperatur bei der vorbestimmten Temperatur berechnet, und ein integrierter Wert C·ΣO2w des PM, welches in dem Filter 8 verbrannt wurde, wird durch Multiplizieren des Ergebnisse der vorstehenden Berechnung mit einem vorbestimmten Koeffizienten C erhalten.
  • Danach geht der Ablauf zu dem Schritt S11 über, in welchem ermittelt wird, ob der integrierte Wert C·ΣO2w der verbrannten PM-Menge einen Sollwert erreicht hat oder nicht. Als dieser Sollwert wird beispielsweise die PM-Abscheidungsmenge α (siehe Schritt S3) zu Beginn der Zwangsregeneration verwendet, welcher auf der Basis eines Differenzdruckes zwischen den Einlaß- und Auslaßdrücken in dem Filter 8 berechnet wird.
  • Wie es auch aus der Bedingung für die Ermittlung des Startes der Zwangsregeneration zu ersehen ist (beispielsweise sollte die PM-Abscheidungsmenge nicht kleiner als ein vorbestimmter Wert sein, oder der Einlaß/Auslaß-Differenzdruck in dem Filter 8 sollte nicht kleiner als ein vorbestimmter Wert sein), nimmt die PM Abscheidungsmenge zu Beginn der Zwangsregeneration einen nahezu konstanten Wert an, so daß die PM-Abscheidungsmenge zu Beginn der Zwangsregeneration im voraus durch ein Experiment oder einen Test erhalten werden kann, und dessen Wert (fixierter Wert) als ein Sollwert verwendet werden kann.
  • Wenn die PM-Verbrennungsmenge nicht den Sollwert im Schritt S11 erreicht hat, springt der Ablauf zurück und die Verarbeitung vom Schritt S1 bis Schritt S11 wird wiederholt. Wenn die PM-Verbrennungsmenge den Sollwert erreicht hat, geht der Ablauf von dem Schritt S11 zu dem Schritt S12 über, in welchem das Zwangsregenerations-Flag auf 0 gesetzt wird, um die Zwangsregeneration zu beenden.
  • Im Schritt S10 kann nur der integrierte Wert ΣO2 eines Sauerstoffmassenstromdurchsatzes berechnet werden. In diesem Falle wird im Schritt S11 ein Wert (α/C), der durch Dividieren der PM-Abscheidungsmenge α durch einen vorbestimmten Wert C erhalten wird, als ein Sollwert gesetzt, und es wird ermittelt, ob der integrierte Wert ΣO2w eines Sauerstoffmassenstromdurchsatzes den Sollwert erreicht hat oder nicht.
  • Die Ermittlung eines Zwangsregenerationsendes kann als ein Zeitdiagramm wie in den 5A und 5B dargestellt werden. Wie es in derselben Figur dargestellt ist, wird, wenn die Filtertemperatur eine vorbestimmte Temperatur (600°C) nach dem Start der Zwangsregeneration erreicht, die Integration eines Sauerstoffmassenstromdurchsatzes gestartet, und wenn der integrierte Wert einen vorbestimmten Wert (Sollwert) erreicht, ist die Zwangsregeneration vorüber.
  • Indem auf diese Weise das Ende der Zwangsregeneration bestimmt wird, ist es möglich, die Verbrennungsmenge des PM genau unabhängig von einem Fahrzeugfahrzustand zu erfassen und somit möglich, ein Regenerationsende genau zu ermitteln. Im allgemeinen variiert während einer Fahrzeugfahrt der Motorbetriebszustand, so daß die Menge des PM, welches in einer Zeiteinheit verbrennt, sich während der Zwangsregeneration unterscheidet und ein Endzeitpunkt der Zwangsregeneration nicht auf der Basis einer Regenerationszeit festgelegt werden kann. Andererseits ist es gemäß der vorliegenden Erfindung durch Integration der Menge des Sauerstoffs (konkreter eines Massenstromdurchsatzes des Sauerstoffs), der dem Filter 8 zugeführt wird, welcher in enger Beziehung zu der Verbrennungsmenge des PM steht, möglich, die PM-Verbrennungsmenge genau zu erfassen.
  • In der vorliegenden Erfindung kommt, wie es vorstehend angemerkt ist, da das Regenerationsende des Filters 8 unter Verwendung eines Massenstromdurchsatzes des Sauerstoffs als Parameter ermittelt wird, ein Vorteil hinzu, daß es nicht erforderlich ist, eine Korrektur in einem hoch gelegenen Land, wo die Sauerstoffkonzentration dünn ist, durchzuführen, und daß es möglich ist, ein Regenerationsende zu ermitteln, ohne einen Fahrzeugfahrbereich einzuschränken. Gemäß der vorliegenden Erfindung kann ferner die Ermittlung eines Regenerationsendes genau mit einem einfachen Aufbau erzielt werden, oh ne irgendeine komplizierte Logik oder eine spezielle Komponente zu verwenden, und daher tritt weder eine Kostensteigerung noch eine Gewichtssteigerung auf.
  • Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die vorstehende Ausführungsform beschränkt, sondern es können verschiedene Modifikationen ohne Abweichung von der Idee der Erfindung durchgeführt werden. Beispielsweise kann, obwohl der Sauerstoffmassenstromdurchsatz O2w gemäß der Gleichung (4) berechnet wird, ein derartiger Aufbau, wie in 6 dargestellt ist, angewendet werden, in welchem ein O2-Sensor 50 für die Detektion der Konzentration von Sauerstoff und ein Sensor 52 für die Detektion des Durchsatzes L des in das Filter 8 eintretenden Fluids zwischen dem Katalysator 6 und dem Filter 8 angeordnet sind, und der Sauerstoffmassenstromdurchsatz O2w auf der Basis der von beiden Sensoren gelieferten Detektionsergebnisse ermittelt wird.
  • Obwohl in der vorstehenden Ausführungsform die Katalysatorauslaßtemperatur als die Filtertemperatur verwendet wird, kann ein Aufbau, wie er in 6 dargestellt ist, angewendet werden, in welchem Temperatursensoren 54 und 56 zum Detektieren einer Einlaßtemperatur Tf bzw. einer Auslaßtemperatur Tr des Filters 8 anstromseitig und abstromseitig von dem Filter 8 angeordnet sind, und die Temperatur des Filters 8 aus den von den Sensoren 54 und 56 detektierten Einlaß- und Auslaßtemperaturen Tf, Tr und anhand der nachstehenden Gleichung (5) ermittelt wird, in welcher a für einen Wert zur Gewichtung der Einlaß- und Auslaßtemperaturen Tf, Tr steht, welcher der Beziehung 0 ≤ a ≤ 1 genügt: Filtertemperatur Tfil = Tf·a + Tr(1 – a) (5)
  • Obwohl in der vorstehenden Ausführungsform eine Beschreibung für den Fall gegeben wurde, in welchem die vorliegende Erfindung auf das System angewendet wird, in welchem die Zu führung von Kraftstoff (HC) zu dem Filter 8 bewirkt wird, in dem die zweite zusätzliche Kraftstoffeinspritzung in den Zylinder nach der ersten zusätzlichen Kraftstoffeinspritzung ausgeführt wird, ist die vorliegende Erfindung auch auf andere Systeme anwendbar, beispielsweise das System (Kraftstoff-Zuführungssystem), das in 6 dargestellt ist, welches so aufgebaut ist, daß eine Einspritzvorrichtung (zweite Einspritzvorrichtung) 58 für die Zuführung von HC zu dem Filter 8 in einem Abgaskanal, wie z. B. einem Abgasanschluß oder Abgasrohr in einem Motor angeordnet ist, und in einer Zwangsregeneration Kraftstoff (HC) dem Abgaskanal direkt von der zweiten Einspritzvorrichtung 58 anstelle der zweiten zusätzlichen Kraftstoffeinspritzung zugeführt wird.
  • Ein derartiges Kraftstoff-Zuführungssystem hat denselben Aufbau wie die vorstehende Ausführungsform mit der Ausnahme, daß die Einspritzvorrichtung 58 für die Zuführung von Kraftstoff als Hardware hinzugefügt ist. Was auch die Inhalte der Steuerung (Software) betrifft, so ist diese im wesentlichen dieselbe, wie in der vorstehenden Ausführungsform, wobei der einzige Unterschied darin besteht, daß die zweite zusätzliche Kraftstoffeinspritzung in der vorstehenden Ausführungsform durch eine Kraftstoffzuführung ersetzt wird. In diesem Falle sind die 2 bis 5 ebenfalls anwendbar, indem lediglich die zweite zusätzliche Kraftstoffeinspritzung durch eine Kraftstoffzuführung ersetzt wird.

Claims (11)

  1. Abgasreinigungssystem mit: einem in einem Abgaskanal (4) eines Motors (2) angeordneten Oxidationskatalysator (6); einen Luftstromdurchsatzsensor (15) zum Detektieren eines Durchsatzes von Ansaugluft einem in dem Abgaskanal (4) an einer Position abstromseitig von dem Oxidationskatalysator (6) angeordneten Filter (8), um ein in Abgas enthaltenes Partikelmaterial zu sammeln; einer Regenerationsstart-Ermittlungseinrichtung (26) zum Ermitteln eines Regenerationsstarts des Filters (8); einer Regeneratoreinrichtung (38) zum Regenerieren des Filters (8); einer Sauerstoffmassenstromdurchsatz-Detektionseinrichtung (34) zum Berechnen eines Massenstromdurchsatzes O2w von dem Filter (8) zugeführten Sauerstoff gemäß der nachstehenden Gleichung, welche die aus dem Luftstromdurchsatzsensor (15) erhaltene Massenstromrate der Ansaugluft Qaw, beinhaltet: O2w = (Qaw – q·a)·bwobei: q eine Kraftstoffeinspritzmenge ist a ein Äquivalenzverhältnis ist b ein Sauerstoffmassenverhältnis ist; und einer Regenerationsende-Ermittlungseinrichtung (32), um ein Regenerationsende des Filters (8) abhängig von Information zu ermitteln, die von der Sauerstoffmassenstromdurchsatz-Detektionseinrichtung (34) und nach Ankunft eines integrierten Wertes des Sauerstoffmassenstromdurchsatzes O2w bei einem vorbestimmten Wert während der Regeneration des Filters (8) durch die Regeneratoreinrichtung (38) geliefert wird.
  2. Abgasreinigungssystem nach Anspruch 1, das ferner eine Temperatur-Detektionseinrichtung (10) zum Detektieren der Temperatur des Filters (8) aufweist, und wobei die Regenerationsende-Ermittlungseinrichtung (32) ein Regenerationsende des Filters abhängig von Information ermittelt, die von der Temperatur-Detektionseinrichtung (10) und der Sauerstoffmassenstromdurchsatz-Detektionseinrichtung (32) und bei der Ankunft eines bestimmten Wertes eines integrierten Wertes des Sauerstoffmassenstromdurchsatzes zu dem Zeitpunkt bereitgestellt wird, wenn die Temperatur des Filters (8) eine vorbestimmte Temperatur erreicht hat.
  3. Abgasreinigungssystem nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Regenerationsende-Ermittlungseinrichtung (32) ein Regenerationsende des Filters (8) nach Erfüllung der nachstehenden Gleichung ermittelt: ΣΔPM = C·Σ(Sauerstoffmassenstromdurchsatz)wobei C = A·PM·eΣΔPM die Sollverbrennungsmenge des Partikelmaterials ist Σ(Sauerstoffmassenstromdurchsatz) der integrierte Wert eines Massendurchsatzes des dem Filter zugeführten Sauerstoffs ist A eine experimentell erhaltene Konstante (Häufigkeitsfaktor) ist PM die Menge des auf dem Filter zu Beginn der Regeneration abgeschiedenen Partikelmaterials ist E eine Aktivierungsenergiekonstante ist R die Gaskonstante ist T die Filtertemperatur ist.
  4. Abgasreinigungssystem nach Anspruch 1, wobei die Regenerationsende-Ermittlungseinrichtung (32) eine Verbrennungsmengen-Schätzeinrichtung (36) zum Berechnen oder Schätzen einer Verbrennungsmenge des durch das Filter (8) gesammelten Partikelmaterials hat, wobei die Verbrennungsmengen-Schätzeinrichtung (36) eine Verbrennungsmenge des Partikelmaterials durch Multiplizieren des integrierten Wertes der von der Sauerstoffmassenstromdurchsatz-Detektionseinrichtung (34) erhaltenen Sauerstoffmassenstromdurchsatz mit einem vorbestimmten Koeffizienten berechnet oder schätzt, und wobei das Ende der Regeneration des Filters (8) nach der Ankunft bei einem vorbestimmten Sollwert der von der Verbrennungsmengen-Schätzeinrichtung (36) berechneten oder geschätzten Verbrennungsmenge des Partikelmaterials ermittelt wird.
  5. Abgasreinigungssystem nach Anspruch 4, wobei die Regenerationsstart-Ermittlungseinrichtung (26) eine Abscheidungsmengen-Schätzeinrichtung (27) zum Berechnen oder Schätzen einer Abscheidungsmenge des auf dem Filter (8) abgeschiedenen Partikelmaterials hat, und wobei der vorbestimmte Sollwert eine Abscheidungsmenge des Partikelmaterials zu Beginn der Regeneration ist, welche von der Abscheidungsmengen-Schätzeinrichtung geschätzt (27) wird.
  6. Abgasreinigungssystem nach einem der Ansprüche 2 bis 5, wobei die Temperatur-Detektionseinrichtung (10) ein abstromseitig von dem Katalysator angeordneter Temperatursensor ist, und eine Auslaßtemperatur des Katalysators als die Temperatur des Filters (8) verwendet wird.
  7. Abgasreinigungssystem nach einem der Ansprüche 2 bis 5, wobei die Temperatur-Detektionseinrichtung (10) anstromseitig bzw. abstromseitig von dem Filter (8) angeordnete Temperatursensoren (54, 56) aufweist, um eine Einlaßtemperatur Tf, eine Auslaßtemperatur Tr des Filters (8) zu detektieren, und wobei die Temperatur-Detektionseinrichtung (10) eine Temperatur des Filters (8) auf der Basis der von den Temperatursensoren (54, 56) detektierten Einlaßtemperatur Tf und der Auslaßtemperatur Tr und gemäß der nachstehenden Gleichung berechnet: Filtertemperatur Tfil = Tf·a + Tr(1 – a)wobei a ein Wert für die Gewichtung der Einlaßtemperatur Tf und der Auslaßtemperatur Tr ist, welcher der Beziehung 0 ≤ a ≤ 1 genügt.
  8. Abgasreinigungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Regenerationsende-Ermittlungseinrichtung (32) das Ende der Regeneration nur während der Zwangsregeneration des Filters ermittelt.
  9. Abgasreinigungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei der Motor (2) ein Dieselmotor ist.
  10. Regenerationsende-Ermittlungsverfahren für ein Abgasreinigungssystem, welches einen in einem Abgaskanal (4) eines Motors (2) angeordneten Oxidationskatalysator (6) und ein in dem Abgaskanal (4) an einer Position abstromseitig vor dem Oxidationskatalysator (6) angeordnetes Filter (8) aufweist, um ein in dem Abgas enthaltenes Partikelmaterial zu sammeln, wobei das Verfahren die Schritte aufweist: Starten einer Zwangsregeneration des Filters (8); Ermitteln, ob die Temperatur des Filters (8) eine vorbestimmte Temperatur während der Ausführung der Zwangsregeneration erreicht hat oder nicht; Ermitteln, ob ein integrierter Wert eines Sauerstoffstrommassendurchsatzes O2w von dem Zeitpunkt der Ankunft der Filtertemperatur bei der vorbestimmten Temperatur während der Ausführung der Zwangsregeneration einen vorbestimmten Wert erreicht hat oder nicht, gemäß der nachstehenden Gleichung, welche die aus dem Luftstromdurchsatzsensor (15) erhaltene Massenstromrate der Ansaugluft Qaw, beinhaltet: O2w = (Qaw – q·a)·bwobei: q eine Kraftstoffeinspritzmenge ist a ein Äquivalenzverhältnis ist b ein Sauerstoffmassenverhältnis ist; und Beenden der Zwangsregeneration nach der Ankunft des integrierten Wertes des Sauerstoffmassenstromdurchsatzes bei dem vorbestimmten Wert.
  11. Regenerationsende-Ermittlungsverfahren für ein Abgasreinigungssystem, welches einen in einem Abgaskanal (4) eines Motors (2) angeordneten Oxidationskatalysator (6) und ein in dem Abgaskanal (4) an einer Position abstromseitig vor dem Oxidationskatalysator (6) angeordnetes Filter (8) aufweist, um ein in dem Abgas enthaltenes Partikelmaterial zu sammeln, wobei das Verfahren die Schritte aufweist: Ermitteln, ob eine Zwangsregeneration des Filters (8) durchgeführt wird oder nicht; Ermitteln, ob die Temperatur des Filters (8) eine vorbestimmte Temperatur während der Durchführung der Zwangsregeneration erreicht hat oder nicht; Ermitteln, ob ein integrierter Wert eines Sauerstoffstrommassendurchsatzes O2w von dem Zeitpunkt der Ankunft der Temperatur des Filters (8) bei der vorbestimmten Temperatur während der Ausführung der Zwangsregeneration einen vorbestimmten Wert erreicht hat oder nicht, gemäß der nachstehenden Gleichung, welche die aus dem Luftstromdurchsatzsensor (15) erhaltene Massenstromrate der Ansaugluft Qaw, beinhaltet: O2w = Qaw – q·a)·bwobei: q eine Kraftstoffeinspritzmenge ist a ein Äquivalenzverhältnis ist b ein Sauerstoffmassenverhältnis ist; und Beenden der Zwangsregeneration nach der Ankunft des integrierten Wertes des Sauerstoffmassenstromdurchsatzes bei dem vorbestimmten Wert.
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